Giáo trình kỹ thuật lạnh (có sở và ứng dụng) phần 1

EBOOKBKMT.COM

HO TRỢ TAI LIEU HỌC TẬP

GIAO TRINH

HUAT LANE

"3/8000

THỰ VIỆN ĐH NHA TRANG

LUT3000025496i


NGUYEN DUC LOI

GIAO TRINH

KY THUAT LANH
(TRON BO)

EBOOKBKMT.COM

HO TRO TAI LIEU HOC TAP

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA - HÀ NỘI


LOI NOI DAU
Trong số hơn mười môn học” phần kỹ thuật lạnh và điều hịa khơng khí

(ĐHKK) trong chương trình đào tạo Kỹ sự Nhiệt Lạnh Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội thì hai mơn quan trọng nhất là Kỹ thuật lạnh cơ sở và Kỹ thuật
lạnh ứng dụng.
Hiện nay, do nhu cầu đào tạo chuyên ngành rộng, một số trường muốn
gộp 2 môn Kỹ thuật lạnh cơ sở và ứng dụng làm một do đó chúng tơi biên soạn
cuốn giáo trình này. Đây là những nội dung cơ đọng nhất để giảng dạy cho sinh
viên trong khoảng 75 + 90t. Nếu trong chương trình đào tạo có các mơn học
trùng với các chương trong giáo trình thì có thể bỏ qua ví dụ Tự động hóa Hệ
thống lạnh, Vật liệu Nhiệt Lạnh, Tủ lạnh và Máy điều hòa gia dụng...
Do kỹ thuật điều hịa khơng khí, kỹ thuật Cr (lạnh sâu), lắp đặt, vận
hành, thử nghiệm, bảo dưỡng, sửa chữa máy lạnh dân dụng và công nghiệp là
những môn dạy riêng nên các nội dung này cũng được. đưa ra khỏi giáo trình.
Cuốn giáo trình Kỹ thuật Lạnh (trọn bộ) này nhằm trang bị cho sinh viên

ngành Nhiệt Lạnh những kiến thức cơ bản nhát về kỹ thuật lạnh, tuy nhiên, giáo

trình cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho tất cả mọi đối tượng có liên

quan đến lạnh và điều hịa khơng khí.

Xin chân thành cảm ơn Viện KHCN Nhiệt Lạnh và Nhà xuất bản Bách Khoa
Hà Nội, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ chúng tơi hồn thành giáo

trình. Cuốn sách chắc chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong nhận được
ý kiến đóng góp của bạn đọc. Các ý kiến xin gửi về Nhà xuất bản Bách Khoa - Hà
Nội, Tel. 04. 8684569 hoặc cho tác giả - Viện Nhiệt Lạnh Đại học Bách Khoa Hà
Nội. Xin chân thành cảm ơn!

PGS TS Nguyễn Đức Lợi
Nr. 04.7165860 Mob. 0982288995

*) Các môn học về kỹ thuật lạnh và điều hồ khơng khí do Bộ mơn Kỹ

thuật Lạnh và Điều hồ khơng khí Viện KHCN
gần 30 năm qua xin xem bảng trang sau.

Nhiệt - Lạnh biên soạn trong


Bảng các món học và giáo trình
Món học

Giáo trình

Kỹ thuật lạnh cơ sở, NXB GD

1. Kỹ thuật lạnh cơ sở (601);

Bài tập tính tốn Kỹ thuật lạnh, NXB BK

Ga, dầu và chất tải lạnh, NXB GD
2. Kỹ thuật lạnh ứng dụng (601);

Kỹ thuật lạnh ứng dụng, NXB GD
Bài tập tính tốn Kỹ thuật lạnh, NXB BK

3. Đồ án mơn học kỹ thuật lạnh (301);

HDàn thiết kế hệ thống lạnh, NXB KHKT

Giáo trình thiết kế hệ thống lạnh, NXB GD

4. Kỹ thuật điều hịa khơng khí (601);

Kỹ thuật điêu hồ khơng khí, NXB KHKT

3. Đồ án mơn học ĐHKK (301):

HDân thiết kế HT ĐHKK, NXB KHKT
Giáo trình thiết kế HT ĐHKK, NXB GD

6. Tự động hóa hệ thống lạnh (601);

Tự động hoá hệ thống lạnh, NXB GD

7. Vật liệu kỹ thuật Nhiệt - Lạnh (301);

Vật liệu kỹ thuật Nhiệt Lạnh, NXB KHKT

8. Kỹ thuật an toàn hệ thống Lạnh (301);

KT an toàn hệ thống lạnh, NXB GD

9. Tiếng
(751);

Tiếng Anh chuyên ngành (lu hành nội bộ)

Anh

chuyên

ngành

lạnh

và ĐHKK

Từ điển Kỹ thuật lạnh và ĐH KK Anh -

Pháp - Việt, NXB KHKT

10. Các chuyên đề (mỗi chuyên đề 30t);
a. Tủ lạnh và máy điêu hòa nhiệt độ gia dụng;

b. Lắp đặt, vận hành bảo dưỡng sửa chữa máy

Tủ lạnh, máy kem, máy đá, máy điều hoà
nhiệt độ, NXB KHKT
Tủ lạnh và máy điêu hoà dân dụng, NXB

lạnh dân dụng;

BK

c. Lắp đặt, vận hành bảo dưỡng, sửa chữa máy
lạnh công nghiệp;

Dạy nghề sửa chữa tủ lạnh và máy ĐH dân
dụng, NXB GD

đ. Bơm nhiệt và ứng dụng của bơm nhiệt

Sửa chữa máy lạnh và ĐHKK, NXB KHKT

Ghỉ chú: Xem thêm phần tài liệu tham khảo.


EBOOKBKMT.COM

HO TRO TAI LIEU HQC TAP
Chuong 1

GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. LICH SU PHAT TRIEN CỦA KĨ THUẬT LẠNH
Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh từ cách đây rất lâu. Ngành
khảo cổ học đã phát hiện ra những hang động có mạch nước ngầm

nhiệt độ

thấp chảy qua dùng để chứa thực phẩm và lương thực khoảng từ 5000 năm
trước.

Các tranh vẽ trên tường trong các kim tự tháp Ai Cập cách đây khoảng 2500
năm đã mô tả cảnh nô lệ quạt các bình gốm xốp cho nước bay hơi làm mát khơng

khí. Cách đây 2000 năm người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước
hoặc nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn.

Nhưng kĩ thuật lạnh hiện đại bắt đầu phải kể từ khi giáo sư Black tìm ra nhiệt
ẩn hóa hơi và nhiệt ẩn nóng chảy vào năm 1761 - 1764. Con người đã biết làm lạnh

bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp suất thấp.
Tiếp theo phát hiện quan trọng đó, Clouet và Monge lần đầu tiên hóa lỏng
được khí SO, vào năm 1780. Từ 1781 Cavallo bát đầu nghiên cứu hiện tượng bay
hơi một cách có hệ thống.
Thế kỉ 19 là thời kì phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật lạnh. Năm 1823 Faraday

bắt đầu cơng bố những cơng trình về hóa lỏng khí SO,, H;S, CO,, N,O, C,H,, NH, và
HCl. Đến 1845, ơng đã hóa lỏng được hầu hết các loại khí kể cả êtylen, nhưng vẫn
phải bó tay trước các khí O,, N;, CH,, CO, NO và H;. Người ta cho rằng chúng là các

khí khơng hóa lỏng được và ln ln chỉ ở thể khí nên gọi là các khí “vĩnh cửu permenant”, Ii do là vì Natlerev (Áo) đã nén chúng tới mộtáp lực cực lớn 3600 atm
mà vẫn khơng hóa lỏng được chúng. Mãi tới 1869, Andrew (Anh) giải thích được

điểm tới hạn của khí hóa lỏng và nhờ đó Cailletet và Picde (Đức) hóa lỏng O, và N;


và tách bằng chưng cất, K.Onnes (Hà Lan) hóa lịng được Hi.

Nam 1834, J.Perkins (Anh) da dang kí bằng phát minh đầu tiên về máy lạnh

nén hơi với đầy đủ các thiết bị như một máy lạnh nén hơi hiện đại gồm có máy

nén,
một
máy
rộng

dàn ngưng tụ, dàn bay hơi và van tiết lưu (hình |). Dén cudi thế kỉ 19, nhờ có
loạt cải tiến của Linde (Đức) với việc sử dụng amôniắc làm môi chất lạnh cho
lạnh nén hơi, việc chế tạo và sử dụng máy lạnh nén hơi mới thực sự phát triển

rãi trong hầu hết các ngành kinh tế quốc dân.

Máy lạnh hấp thụ đầu tiên do Leslie (Pháp) đưa ra vào năm 1810 là máy
lạnh hấp thụ chu kì với cặp mơi chất H;O/H,SO,. Đến giữa thế kỉ 19, nó được
phát triển một cách rầm rộ nhờ kĩ sư tài ba Carré (Pháp) với hàng loạt bằng phát
minh về máy lạnh hấp thụ chu kì và liên tục với các cặp môi chất khác nhau.
BRITISH
JACOB

——
|

REFRIGERATOR

Poco cote

| Saeed
=
=-..~
[=

CONDENSER

Gna =

——=

(aware
Pence woouree

=

———

L

4
=

{$e eee
ore eee

What

Iclain

volatile

#6, 662

to

PERKINS,

whereby
of

PATENT

is

GRANTED

an

arrangement

I am enabled
fluids

producing

freezing

the

1634.

for

to use

the

cooling

of fluids,

purpose
or

and yet at

the same time constantly condensing such volatile fluids,
and bringing them again and
again into operation without
waste.

Hình 1.1. Van ban phát minh của J.Perkins

Máy lạnh hấp thụ khuyếch tán hồn tồn khơng có chi tiết chuyển động
được Geppert (Đức) đăng kí bằng phát minh năm 1899 và được Platen và Munters

(Thụy Điển) hoàn thiện vào năm 1922 được nhiều nước trên thế giới sản xuất chế
tạo hàng loạt và nó vẫn có vị trí quan trọng cho đến ngày nay.
Máy lạnh nén khí đầu tiên do bác sĩ người Mĩ Gorrie chế tạo vào năm
1845. Dựa vào các kết quả nghiên cứu của các nhà lí thuyết, bác sĩ Gorrie đã
thiết kế chế tạo thành cơng máy lạnh nén khí dùng để điều tiết khơng khí cho
trạm xá chữa bệnh sốt cao của ơng. Nhờ thành tích đặc biệt này mà ơng và trạm

xá của ông trở thành nổi tiếng thế giới.

Máy lạnh eJectơ hơi nước đầu tiên do Leiblanc chế tạo năm 1910. Đây là
một sự kiện có ý nghĩa rất trọng đại vì máy lạnh ejectơ hơi nước rất đơn giản.
Năng lượng tiêu tốn cho nó lại là nhiệt năng đo đó có thể tận dụng được các

nguồn năng lượng phế thải để làm lạnh.


Một sự kiện quan trọng nữa của lịch sử phát triển ki thuật lạnh là việc sản

xuất và ứng dụng các freôn ở Mĩ vào năm 1930. Freôn thực chất là các chất hữu
cơ hyđrôcácbua no hoặc chưa no như mêtan (CH,), êtan (C.H,)... được thay thế
một phần hoặc toàn bộ các nguyên tử hyđrô bằng các nguyên tử gốc halôgen.
như clo (CI), flo (F) hoặc brôm (Br). Các chất này được sản xuất ở xưởng
Dupont Kinetic Chemical Inc với cái tên thương mại là freôn. Đây là những
môi chất lạnh có nhiều tính chất q báu như khơng cháy, khơng nổ, khơng độc
hại, phù hợp với chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi do đó nó đã góp phần
tích cực vào việc thúc đẩy kĩ thuật lạnh phát triển, nhất là kĩ thuật điều hồ
khơng khí.
Ngày nay, kĩ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, có trình độ
khoa hoc ki thuật ngang với các ngành Kĩ thuật tiên tiến khác. Phạm vi nhiệt độ
của kĩ thuật lạnh ngày nay được mở rộng rất nhiều. Người ta đang tiến dân đến
nhiệt độ không tuyệt đối. Phía nhiệt độ cao của thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ có
thể đạt trên 100°C dùng cho các mục đích của bơm nhiệt như sưởi ấm, chuẩn bị
nước nóng, sấy v.v. Đây là ứng dụng của bơm nhiệt góp phần thu hồi nhiệt thải,
tiết kiệm năng lượng sơ cấp.
Năng suất lạnh của các tổ hợp máy lạnh cũng được mở rộng: từ những
máy lạnh sử dụng trong phịng thí nghiệm chỉ có cơng suất chừng vài mW đến
các tổ hợp có cơng suất hàng triệu W ở các trung tâm điều hồ khơng khí.
Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư và chi
một đơn vị lạnh giảm xuống rõ rệt. Tuổi thọ và độ tin cậy
động hóa của các hệ thống lạnh và máy lạnh tăng lên rõ rệt.
tự động hoàn toàn bằng điện tử và vi điện tử đang dần thay

tác bằng tay.

|

phí năng lượng cho
tăng lên. Mức độ tự

Những thiết bị lạnh
thế các thiết bị thao

1.2. Y NGHIA KINH TE CUA Ki THUAT LANH
1.2.1. Ung dung lanh trong bao quan thuc pham
Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kĩ thuật lạnh là bảo quản thực
phẩm. Theo một số thống kê thì khoảng 80% năng suất lạnh được sử dụng

trong công nghiệp bảo quản thực phẩm ôi thiu do vi khuẩn gây ra. Nước ta là
một nước nhiệt đới có thời tiết nóng và ấm nên q trình ơi thiu thực phẩm xảy
ra càng nhanh.
Muốn làm ngừng trệ hoặc làm chậm q trình ơi thiu, phương pháp có
7


hiệu quả và kinh tế nhất là bảo quan lạnh. Gia sử sữa 35°C có một mam vi

khuẩn thì chỉ 6 giờ sau số mầm vi khuẩn đã tăng lên 600 lần, sữa đó chỉ có thể
bảo quản trong vịng một ngày. Ở nhiệt độ 15°C ta có thể bảo quản sữa được
khoảng 3 ngày và nếu ở 5°C thời gian bảo quản có thể được hơn 4 ngày và đến

ngày thứ 4 cũng chỉ có khoảng 4,5 mầm vi khuẩn.

Q trình ơi thiu ở các loại thực phẩm khác cũng gần như vậy. Theo kinh
nghiệm thì thời gian bảo quản là một hàm mũ của nhiệt độ. Sau đây là thời gian
bảo quản của một số thực phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ (bảng I.1).
Bảng 1.1. Số ngày bảo quản phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản
Nhiệt độ bảo quản

-30°C

-20°C

-10°C

+0°C

10°C

20°C

230

110

40

15

7

3

Thịt bò

2300

1000

100

30

16

8

Gia cầm

800

230

70

7

5

2

Ca

Thực ra, thời gian bảo quản còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ ẩm,
phương pháp bao gói, thành phần khơng khí nơi bảo quản..., nhưng nhiệt độ đóng
Vai trị quan trọng nhất.
Ngày nay cơng nghiệp thực phẩm như chế biến thịt cá rau quả, công

nghiệp đánh bắt hải sản dài ngày trên biển không thể phát triển nếu khơng có
sự hỗ trợ tích cực của kĩ thuật lạnh. Các kho lạnh bảo quản, các kho lạnh chế

biến, phân phối, các máy lạnh thương nghiệp đến các tủ lạnh gia đình, các nhà
máy sản xuất nước đá, máy lạnh lắp đặt trên tàu thủy và các phương tiện vận
tải, các máy lạnh đông nhanh thực phẩm không cịn xa lạ với chúng ta; kể cả
các ngành cơng nghiệp rượu bia, bánh, kẹo, kem, nước uống, công nghiệp sữa,

nước hoa quả, công nghiệp sản xuất aga - aga...

1.2.2. Sấy thăng hoa
Vật sấy được làm lạnh đông xuống -20°C và được sấy bằng cách hút chân

không nên sấy thăng hoa là một phương pháp sấy hiện đại hâu như không làm
giảm chất lượng của vật sấy. Nước được rút ra gần như hoàn toàn và sản phẩm
trở thành dạng bột, bảo quản và vận chuyển dễ dàng. Giá thành sấy thăng hoa
cao do đó người ta chỉ ứng dụng cho những sản phẩm quý và hiếm như những


dược liệu từ hoa, cây, quả,... những sản phẩm y dược dẻ biến đối chất lượng do
tác động của nhiệt độ như máu, các loại thuốc tiêm, hc mơn hoặc trong công

nghệ nuôi cấy vi khuẩn...

1.2.3 Ung dụng lạnh trong cơng nghiệp hóa chất
Những ứng dụng quan trọng nhất trong cơng nghiệp hóa chất là sự hóa lơng
khí bao gồm hóa lỏng các chất khí là sản phẩm của cơng nghiệp hóa học như clo,
amơniắc, cácbơníc, sunfurơ, clohyđric, các loại khí đốt, các loại khí sinh học...
Hóa lỏng và tách khí từ các thành phần của khơng khí là ngành cơng nghiệp
có ý nghĩa rất to lớn đối với ngành luyện kim, chế tạo máy và các ngành kinh tế
khác kể cả y học và sinh học. Ôxy và nitơ được sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau
như hàn, cắt kim loại, sản xuất phân đạm, làm chất tải lạnh... Các loại khí trơ như
héli va agơn... được sử dụng trong nghiên cứu vật lí, trong cơng nghiệp hóa chất và

sản xuất bóng đèn.

Việc sản xuất vải, sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh đòi hỏi sự hỗ trợ tích

cực của kĩ thuật lạnh trong quy trình cơng nghệ. Thí dụ, trong quy trình sản
xuất tơ nhân tạo, người ta phải làm lạnh bể quay tơ xuống nhiệt độ thấp đúng
u cầu cơng nghệ thì chất lượng tơ mới đảm bảo.

Cao su và các loại chất dẻo khi hạ nhiệt độ xuống đủ thấp chúng sẽ trở nên
giòn và dễ vỡ như thuỷ tinh. Nhờ đặc tính này người ta có thể chế tạo bột cao su
mịn. Khi hòa trộn với bột sắt để tạo cao su từ tính hoặc hịa trộn với phụ gia nào

đó, có thể đạt được độ đồng đều rất cao.

Các phản ứng hóa học trong cơng nghiệp hóa học cũng phụ thuộc rất nhiều

vào nhiệt độ. Nhờ có kĩ thuật lạnh người ta có thể chủ động điều khiển được tốc độ
các phản ứng hóa học.

4.2.4. Ứng dụng lạnh trong điều hịa khơng khí
Một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của kí thuật lạnh là điều hịa khơng khí.
Ngày nay người ta khơng thể tách rời kĩ thuật điều hịa khơng khí với các ngành
như cơ khí chính xác, kĩ thuật điện tử và vi điện tử, kĩ thuật phim ảnh, máy tính,

in ấn, sợi đệt, dược phẩm, học, kĩ thuật quang học...

Để đảm bảo chất lượng cao của các sản phẩm, để đảm bảo các máy móc,

thiết bị làm việc bình thường cần có những yêu cầu nghiêm ngặt về các điều kiện

và thơng số của khơng khí như: thành phần, độ ẩm, nhiệt độ, độ chứa bụi và các
loại hóa chất độc hại... Kĩ thuật lạnh và đặc biệt là bơm nhiệt có thể giúp chúng
9


ta khống chế các u cau do.
Điều hồ khơng
nghiệp nhẹ nhằm đảm
thuốc lá. Ví dụ: ở một
sẽ bị rời và điếu thuốc
chặt, khơng cháy và dễ

khí cũng đóng vai trị quan trọng trong các ngành công
bảo chất lượng sản phẩm như công nghiệp dệt, vải, sợi,
nhà máy thuốc lá, nếu độ ẩm quá thấp khi quấn, sợi thuốc
bị rỗng, ngược lại nếu độ ẩm quá cao thì điếu thuốc sẽ quá
bị mốc...

Ở các nước tiên tiến, các chuồng trại chăn ni của cơng nghiệp sản xuất thịt
sữa được điều hịa khơng khí để có thể đạt được tốc độ tăng trọng cao nhất, vì gia

súc và gia cầm cần có khoảng nhiệt độ và độ ẩm thích hợp để tăng trọng và phát
triển. Ngoài khoảng nhiệt độ và độ ẩm đó, q trình phát triển và tăng trọng giảm
xuống, và nếu vượt qua giới hạn nhất định chúng có thể bị sút cân hoặc bệnh tật.

Một trong những nội dung nâng cao đời sống con người là tạo cho con người
điều kiện khí hậu thích hợp để sống và lao động. Điều hịa khơng khí cơng nghiệp
và dân dụng đã trở thành quen thuộc với những người dân ở các nước phát triển.
Nhiệt độ, độ ẩm và các thông số khơng khí quanh năm trong phịng hồn tồn phù
hợp với cơ thể con người. Cũng chính ở điều kiện đó, con người có khả năng lao

động sáng tạo cao nhất.

4.2.5. Siêu dẫn
Một ứng dụng quan trọng của kĩ thuật lạnh là ứng dụng hiện tượng siêu
dẫn để tạo ra các nam châm cực mạnh trong các máy gia tốc ở các nhà máy
điện nguyên tử, nhiệt hạch, trong các phòng thí nghiệm nguyên tử, các đệm từ
cho các tầu hỏa cao tốc.
Năm 1911, nhà vật lí Hà Lan O. Kamerlingh phát hiện ra rằng, khi giảm
đến một nhiệt độ rất thấp nào đó, điện trở biến mất, kim loại trở thành siêu dẫn.
Nhiệt độ khi điện trở biến mất gọi là nhiệt độ nhảy. Do nhiệt độ nhảy thường
rất thấp thí dụ đối với chì là 7,2K, thường là ở khoảng nhiệt độ sôi của hêli (4K)

nên việc ứng dụng rất hạn chế vì héli lỏng rất đất.
Để có thể ứng dụng rộng rãi siêu dẫn trong công nghiệp phải tìm được

các chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao, trên nhiệt độ sôi của nitơ lỏng (-196°C), nhiệt
độ thăng hoa của đá khô (-78,5°C) hoặc cao hơn nữa. Nhiệt độ siêu dẫn càng

gần nhiệt độ mơi trường, chỉ phí để làm lạnh dây dẫn càng giảm.

Năm 1964, V.Litle (Mĩ) và Ginsbua (Nga) đã đưa ra những cơ chế mới về
siêu dẫn ở nhiệt độ cao.
Tháng 2 - 1987, hai nhà bác học ở trường Alabama (MI) đã mở ra bước
10


đột phá,
(MD) tìm
tạo được
nhiệt độ

tìm ra chất siêu dẫn ở -I80°C. Sau đó, C.W. Chu ở trường Houston
ra chất siêu dẫn ở -175°C. Gần đây, ở Hungari, các nhà bác học đã chế
chất siêu dẫn ở -100°C và ở Nga người ta cơng bố một mẫu gốm có
siêu dẫn ở -23°C.

Những thành tựu vừa qua đã làm cho những ước mi: về các đường dây tải
điện không hao hụt điện năng, các nam châm cực mạnh, các tàu hỏa cao tốc trên

đệm từ sắp trở thành hiện thực.
1.2.6. Sinh học cr

Ki thuật lạnh, ngày càng đóng vai trị quan trọng trong nông, lâm nghiệp,
sinh học, vi sinh... KT thuật lạnh thâm độ, cịn gọi là kĩ thuật cr (-80°C đến

-196°C) đã hỗ trợ đắc lực cho việc lai tạo giống, bảo quản tỉnh đông, gây đột

biến hoặc cho các quá trình xử lí trong cơng nghệ sinh học. Nhờ kĩ thuật cr
mà một con bị đực có thể phối giống cho hàng vạn con bò cái, ngay cả sau khi con
bò đực đã chết hàng chục năm.

Ở Mi hiện nay có khoảng hai chục bệnh nhân được ướp “sống”, ở nhiệt
độ rất thấp. Họ bị các loại bệnh y học hiện nay chưa chữa được. Người ta sẽ
làm cho họ sống lại khi tìm được liệu pháp điều trị thích hợp. Nếu thành cơng,
con người có thể ngừng cuộc sống một thời gian nhất định. Thực tế, sinh học
cryô ngày nay đã trở thành một môn khoa học đầy hấp dẫn và lí thú.

1.2.7 Ung dung trong kĩ thuật đo và tự động
Áp suất bay hơi của một chất lỏng luôn luôn phụ thuộc vào nhiệt
áp suất tăng, nhiệt độ tăng và khi áp suất giảm nhiệt độ giảm.

Hiệu ứng nhiệt điện nói lên sự liên quan giữa nhiệt độ và cường
điện của hai dây dẫn khác tính. Khi cho một dịng điện chạy qua một
gồm hai dây khác tính (cặp nhiệt điện) một đầu nối sẽ nóng lên và đầu

độ. Khi
độ dòng
dây dẫn
kia lạnh

đi. Ứng dụng những quan hệ trên người ta có thể tạo ra các dụng cụ đo đạc
nhiệt độ, áp suất hoặc các dụng cụ tự động điều chỉnh, bảo vệ trong kĩ thuật đo
và tự động.

1.2.8. Ứng dụng trong thể dục thể thao
Trong thể dục, thể thao hiện đại, nhờ có kĩ thuật lạnh người ta có thé tao ra
các sân trượt băng, các đường đua trượt băng và trượt tuyết nhân tạo cho các vận

động viên luyện tập hoặc cho các đại hội thể thao ngay cả khi nhiệt độ khơng khí
11


còn rất cao. Trong một cung thể thao, người ta có thể sử dụng máy lạnh giải quyết
hai nhu cầu đồng thời về nóng và lạnh. Thí dụ năng suất lạnh của máy dùng để duy

trì sân trượt băng cịn năng suất nhiệt lấy ra từ dàn ngưng có thể dùng để sưởi ấm
bể bơi, đun nước nóng tắm rửa trong mùa đông v.v.

1.2.9. Một số ứng dụng khác
Trong ngành hàng không và du hành vũ trụ, máy bay hoặc con tàu vũ trụ

phải làm việc trong rất nhiều điều kiện khác nhau. Nhiệt độ bên ngồi có lúc
tăng lên hàng ngàn độ nhưng có lúc hạ xuống dưới - |00°C. Kĩ thuật lạnh khi đó
giúp các nhà khoa học kiểm tra xem máy bay hoặc con tàu vũ trụ có làm việc
được trong các điều kiện tương tự.

Trong khai thác mỏ, hầm lò càng sâu, nhiệt độ càng cao và độ ẩm càng
lớn vì trung bình cứ khoan sâu xuống dưới đất 30 mét, nhiệt độ tăng lên 1°C.
Nhờ có kỹ thuật lạnh người ta mới có thể điều tiết được khơng khí trong hầm lị
bảo đảm điều kiện làm việc của cơng nhân. Đối với lị xây dựng ở các vùng

đầm lây, nhờ có kĩ thuật lạnh làm đơng cứng đất ướt, mới có thể xây dựng được
hầm lị.

Các cơng trình ngầm qn sự hoặc dân sự cũng có sự hỗ trợ của kĩ thuật lạnh
để đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm và thành phần khơng khí như các hầm ngầm, các
đường tàu điện ngầm v.v.
Ngoài ra sinh học crycơ, trong các phịng nghiên cứu nơng lâm nghiệp
người ta còn ứng dụng rộng rãi phòng nhiệt áp để nghiên cứu tạo và lai giống
cây trồng. Phòng nhiệt áp có khả năng điều chỉnh nhiệt độ, áp suất, điều kiện
ánh sáng và khí hậu đúng theo chương trình định sẵn. Tính chất vật lí của vật
chất phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Từ nhiều thế kỉ nay con người đã khơng

ngừng khám phá những tính chất đó để có thể tạo ra được cơng nghệ sản xuất

phù hợp. Chính vì vậy, kĩ thuật lạnh từ khi ra đời đã phát triển nhanh chóng và
ngày càng đóng một vai trị quan trọng trong cơng nghệ sản xuất, gia cơng, chế
biến, bảo quản và trong nghiên cứu khoa học.

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH NHÂN TẠO

Từ lâu, con người đã biết lợi dụng thiên nhiên để thỏa mãn một phần nhu

cầu về lạnh của mình. Ở các nước ơn đới, người ta sản xuất nước đá tự nhiên
trên các sân băng, cưa thành các cây đá, bảo quản trong các hầm ngâm cách
nhiệt trong lòng đất để sử dụng trong mùa hè. Ở các nước nhiệt đới người ta sử
12


dụng các hang động có nhiệt độ thấp để bao quan lương thực thực phẩm... Tuy
nhiên những phương pháp này vẫn được coi là làm lạnh tự nhiên, chưa phải làm
lạnh nhân tạo.

Làm lạnh nhân tạo là quá trình làm lạnh nhờ một phương tiện hoặc thiết
bị do con người tạo ra. Hình 1.2 giới thiệu Ï số phương pháp làm lạnh nhân tạo.

T

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH NHÂN TẠO

—

x

c

5

ễ

=

5

5.
5

+

5

5S

3

se |

£ =

38 | # | Số |
5 Pa
sẽ
¿
5

Š
=

=
>

aA

lẻ

E

Š

Ỗ

~
D:

5

5
=

Ew
Bo

&
a

ZF
2s

5
s

ế

r =

5
Đ

g

3

2

=i

2 | etl]
& 8
S

=
3

§ 5
3.2

>2

3

e

a

oT

oo

=

5>.
` ể

s5

aS

2

7 | 2/8!

su 2
6 5

#

co
oT

ee | sg

s

=
>

a

C

Hình 1.2. Một số phương pháp làm lạnh nhân tạo

1.3.1. Phương pháp bay hơi khuếch tán
WL

Một thí dụ điển hình của bay hơi
eke

Tà

y2

a

ˆ

khuếch tán là nước bay hơi vào không khí

chưa bão hịa. Đây là q trình đẳng

entanpy nên độ ẩm khơng khí tăng lên
`

.

+9

“

cịn nhiệt. độ 2E giảm xuống.E

,

Các loạial

+

quạt
qua

hơi nước bán trên thị trường làm việc theo

nguyên tắc này (xem hinh 1.3).

Quạt là một khối hộp hình chữ
nhật có bánh xe. Bên trong có bố trí quạt

lồng sóc và l màng thấm nước chuyển

;

Gió

@Œ

ao

2

4C

ƒ |

—_—
—~

9 = 20%

Trục quay

7

Gió ra 25°C

à
.

⁄

⁄7

Quat

⁄
⁄
⁄
⁄
⁄

thấm nước
Trục quay
Máng
-j

nước

động liên tục nhờ hai trục quay phía trên
Hình 1.3. Ngun tắc cấu tạo và làm việc
và dưới. Màng ln thấm dính nước nhờ
của quạt hơi nước
đặt trong máng nước. Khơng khí đi từ
bên trái qua chớp lấy gió, đi qua màng và nhờ quạt đi ra phía phải. Nếu nhiệt độ

gió vào giả sử là 40°C và ọ = 20% và khi ra độ ẩm tăng lên 80% thì nhiệt độ
giảm xuống đến 259C.
13


Ở các vùng nóng và khơ (ví dụ Trung cận Đơng) có thể sử dụng phương

pháp này để điều hịa nhiệt độ rất hiệu quả. Ở nước ta khí hậu nóng và ẩm nên
khơng thể ứng dụng trừ một số ngày nắng gió Tây. Do độ âm trung bình ở nước

ta đã khá cao, hiệu quả không những kém mà cịn có thể làm tăng cảm giác khó
chịu và tăng nguy cơ bệnh hô hấp nếu thường xuyên sử dụng máy.
1.3.2. Phương pháp hòa trộn lạnh
Cách đây hơn 2000 năm, người Trung Quốc và Ấn Độ đã biết làm lạnh
bằng cách hịa trộn lạnh, thí dụ hịa trộn 31 gam NaNO; và 3l gam NH,CI với

100 gam nước ở 10°C thì nhiệt độ hỗn hợp có thể giảm đến -I2°C. Nếu hòa trộn
200 gam CaC], với 100 gam đá vụn ở 0°C, nhiệt độ sẽ giảm xuống đến - 42°C...

Cho đến đâu thế kỷ 20, ở Mỹ người ta vẫn bán các loại muối làm lạnh. Sau

khi sử dụng, hỗn hợp dùng làm phân bón rất tiện lợi . Ngày nay người ta vẫn sử

dụng muối ăn trộn với đá để ướp cá. Nhiệt độ thấp nhất của hỗn hợp có thể tới
-17°C. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là giá thành muối cao và các
muối đều có tính ăn mịn mạnh.

4.3.3 Phương pháp dãn nở khí có sinh ngoại công
Đây là phương pháp làm lạnh quan trọng. Các máy lạnh làm việc theo
phương pháp này gọi là máy lạnh nén khí có máy dãn nở. Phạm vi ứng dụng rất
đa dạng từ điều hịa khơng khí đến sản xuất khí ơxi, nitơ, hóa lỏng khơng khí và
khí đốt... Nội dung trình bày sâu hơn ở mục I.3.4 dưới đây.

1.3.4. Phương pháp tiết lưu không sinh ngoại công - Hiệu ứng
Joule - Thomson
Có thể dãn nở khí khơng sinh ngoại công bằng cách tiết lv: chúng qua

các cơ cấu tiết lưu từ áp suất cao p, xuống áp suất thấp hơn p,, khơng có trao
đổi nhiệt với mơi trường để sinh lạnh (xem hình 1.4).

7

ứ —=

EES
Co

———

†

em

—
—

l-

—

>

pan

Ads

nd

Gior 420 CIN beng

C2 cấy hét 4
Hình 1.4. Tiết lưu khơng sinh ngoại cơng của 1 dịng mơi chất

Người ta đã xác lập phương trình cân bằng nhiệt ở trạng thái l và 2 và
chứng minh rằng quá trình này là quá trình tiết lưu đẳng entanpy h, = h,. Nam
14


1852 Joule va Thomson da néu ra quan hệ giữa sự thay đổi áp suất và thay đối

nhiệt độ trong q trình tiết lưu đối với khí lí tương và khí thực. Đối với khí lí
tưởng nhiệt độ khơng thay đổi trong q trình tiết lưu cịn đối với khí thực thì xảy
ra ba trường hợp. Ở nhiệt độ T = 6,75T, (T, - nhiệt độ tới hạn), nhiệt độ sẽ
khơng đổi sau tiết lưu. Khi T > 6,75T,, thì nhiệt độ tăng và khi T < 6,75T, thi
nhiệt độ giảm sau tiết lưu. Tóm lại do nhiệt độ tới hạn của các chất khí khá cao
nên khi tiết lưu khí (và lỏng) ở nhiệt độ thường, hầu như tất cả các mơi chất đều
có nhiệt độ giảm.

4.3.5. Dãn nở khí trong ống xốy
Năm 1933 Ranque (Mỹ) đã mơ tả về một hiệu ứng đặc biệt trong ống xoáy
như sau:
Khi cho một dịng khơng khí áp suất 6 bar ở 20°C thổi tiếp tuyến với thành
trong của ống, vng góc với trục ống ý 12 mm thì nhiệt độ ở thành ống tăng lên
trong khi nhiệt độ ở tâm ống giảm xuống. Khi đặt một tấm chắn, sát dòng thổi
tiếp tuyến có đường kính lỗ d < 12mm thì gió lạnh sẽ đi qua tấm chắn cịn gió
nóng đi theo hướng ngược lại. Độ chênh nhiệt độ lên đến 70K. Nhiệt độ phía
lạnh đạt tới -12°C, phía nóng tới 58°C, áp suất sau khi dãn nở bằng áp suất khí

quyển (hình 1.5).

Non
SN

= fanh
V

V y_

Miéng

Mitag thii
Hinh 1.5. Ong xody

Hiệu ứng ống xốy mới đầu hấp dẫn nhiều nhà khoa học vì nó đơn giản và đầy

hứa hẹn nhưng đến nay ống xốy vẫn khơng được ứng dụng vì hệ số lạnh quá nhỏ.

1.3.6. Hiệu ứng nhiệt điện — Hiệu ứng Peltier
Năm 1821 Seebeck (Đức) đã phát hiện ra rằng trong một vịng dây dẫn kín

gồm 2 kim loại khác nhau, nếu đốt nóng một đầu nối và làm lạnh dau kia thì xuất
hiện một dịng điện trong dây dẫn.

Đến năm 1834 Peltier (Mỹ) phát hiện ra hiện tượng ngược lại là nếu cho một
dòng điện một chiều đi qua vòng dây dẫn kín gồm 2 kim loại khác nhau thì một
đầu nối sẽ nóng lên và đầu kia lạnh đi. Hiệu ứng Pelter được gọi là hiệu ứng nhiệt

điện và được ứng dụng để chế tạo tủ lạnh nhiệt điện. Hình I.7 giới thiệu nguyên lý
cấu tạo và làm việc của l tủ lạnh nhiệt điện.

15


Để tạo được hiệu nhiệt độ lớn giữa

bên nóng và bên lạnh người ta phải sử
dụng các cặp nhiệt điện 2, 3 khác dấu
bảng bán dẫn đặc biệt bismut antimon.

selên và các phụ gia và mắc nối tiếp
chúng vào l nguồn điện I chiều. Để tăng
cường tỏa nhiệt phía nóng và lạnh người
ta bố trí đồng thanh có cánh tản nhiệt.

Ưu điểm chính của tủ lạnh nhiệt

điện là khơng gây tiếng ồn, khơng có chi

tiết chuyển động, khơng có mơi chất lạnh,
dễ mang xách, gọn nhẹ. Chỉ cần đổi chiều
dòng điện là tủ lạnh biến thành tủ nóng
(bơm nhiệt). Chi cần dùng điện

l chiêu

nên thuận tiện cho du lịch và các vùng...

Hình 1.6. Nguyên lý cấu tạo của máy lạnh
nhiệt điện

1- đồng thanh có cánh tản nhiệt phía nóng;

2, 3 - cặp kim loại bán dẫn khác tính;

4 - đồng thanh có cánh tản nhiệt phía lạnh;

nơng thơn khơng có điện.
5 - nguồn điện 1 chiều.
Nhược điểm chính của tủ lạnh là hệ
số lạnh thấp, tiêu tốn điện năng lớn, giá thành cao và phải chạy liên tục vì khơng
trữ được lạnh do các cặp nhiệt điện 2, 3 là các cầu nhiệt lớn. Nhược điểm khác là

năng suất lạnh hạn chế dưới 100W,

4.3.7. Tan chảy hoặc thăng hoa vật rắn
Đây là phương pháp chuyển pha các chất tải lạnh như nước đá, nitơ lỏng
và đá khô.

Nước đá khi tan ở 0°C cho l lượng lạnh là 333kJ. Nếu cần nhiệt độ thấp

hơn phải trộn với muối ăn hoặc muối CaCl, tiy theo néng độ. Có thể cho muối

trước vào dung dịch để làm đá. Khi đó ta có nước đá muối. Nước đá và nước đá
muối được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp đánh bắt thủy hải sản vì có

ưu điểm rẻ tiền, khơng độc hại và nhiệt ẩn tan chảy lớn. Nhược điểm cơ bản là
gây ẩm ướt cho sản phẩm và có tính ăn mịn cao.
CO, rắn khi sử dụng nó chuyển thẳng từ dạng rắn sang dạng khí (thăng hoa)
mà khơng gây ẩm ướt nên cịn gọi là đá khơ. Ngày nay đá khơ có ý nghĩa cơng

nghiệp rộng lớn, đặc biệt để làm lạnh trong các phương tiện vận tải. Nhiệt ẩm
thăng hoa của đá khô ở -78,5°C là 572,2 kJ/kg. Khi tăng lên đến 0°C, mỗi kg đá

khơ có năng suất lạnh 637,3 kJ/kg. Đá khơ có rất nhiều ưu điểm: khá rẻ so với nitơ
lỏng, nhiệt ẩn thăng hoa lớn (năng suất lạnh lớn), khơng làm ẩm ưới sản phẩm, có
16


kha nang kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật. Nhược điểm là đá khô đái tiền so
với nước đá.

1.3.8. Bay hai chat long
Quá trình bay hơi chất lỏng bao giờ cũng gắn liền với quá trình thu nhiệt.

Nhiệt lượng cần thiết để bay hơi một kg chất lỏng gọi là nhiệt ẩn bay hơi r. Vì
nhiệt ẩn bay hơi của chất lỏng bao giờ cũng lớn hơn rất nhiều nhiệt ẩn hóa rắn
nên hiệu ứng lạnh lớn hơn.

Chất lỏng bay hơi đóng vai trị là mơi chất lạnh và chất tải lạnh quan
trọng trong kỹ thuật lạnh.
Nitơ lông được coi là chất tải lạnh quan trọng đặc biệt trong sinh học
cryo. Nhiều trường hợp, nitơ lỏng vừa là chất tải lạnh vừa là chất để bảo quản vì
nitơ là loại khí trơ có tác dụng kìm hãm các q trình sinh hóa trong sản phẩm
bảo quản.

Nitơ lỏng sơi ở nhiệt độ - 96°C. Nhiệt ẩn hóa hơi 200 kJ/kg. Nếu tăng lên
nhiệt độ 0°C, nitơ thu thêm một lượng nhiệt cũng khoảng 200 kJ/kg, nhu vay

năng suất lạnh riêng qạ gần bằng 400 kJ/kg ở nhiệt độ 0°C.
Các môi chất lạnh cho máy lạnh nén hơi, hấp thụ và êjectơ là amoniắc, nước,

các freôn đều thực hiện quá trình thu nhiệt ở mơi trường lạnh bằng q trình bay
hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, và thải nhiệt ra mơi trường bằng q trình
ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao.

1.3.9. Khử từ đoạn nhiệt
Đây là phương pháp sử dụng trong kỹ thuật cryô để hạ nhiệt độ của các
mẫu thử từ nhiệt độ sôi của hêli (3:4K) xuống gần nhiệt độ không tuyệt đối.
Nguyên tắc làm việc như sau: Người ta sử dụng một loại muối nhiễm từ giữa
2 cực từ mạnh, các tinh thể muối được sắp xếp thứ tự, muối tỏa ra một lượng
nhiệt nhất định, truyền ra ngoài làm bay hoi héli long. Qua trình nhiễm từ và

tỏa nhiệt kết thúc, từ trường bị ngắt, muối bị khử từ đoạn nhiệt, nhiệt độ giảm

đột ngột, hiệu ứng lạnh qạ được tạo ra. Lặp lại q trình đó nhiều lần, người ta

có thể tạo ra nhiệt độ gần độ khơng tuyệt đối.

1.4. CÁC LOẠI MÁY LẠNH THƠNG DỤNG
Ngồi 9 phương pháp làm lạnh ở mục trên, mới đây người ta còn đưa ra
phương pháp làm lạnh nhờ tiếng ồn... Tuy nhiên phần lớn các phương pháp đó
chỉ có ý nghĩa trong phịng thí nghiệm, đơi khi chỉ là lý thuyết. Được sử dụng
17


rộng rãi và thực tê hiện nay chỉ có một số loại máy lạnh sau:
- Máy lạnh nén hơi
- Máy lạnh hấp thụ
- Máy lạnh nén khí
- Máy lạnh eJectơ,

Trong đó máy lạnh nén hơi là loại được sử dụng nhiều nhất nên được đề
cập chủ yếu trong giáo trình này. Ở đây chỉ giới thiệu nguyên tắc cấu tạo và
hoạt động của các loại máy lạnh nói trên.

1.4.1 Máy lạnh nén hơi
Máy lạnh nén hơi là loại máy lạnh có máy nén cơ để hút hơi mơi chất có áp
suất thấp và nhiệt độ thấp ở thiết bị bay hơi và nén lên áp suất cao và nhiệt độ cao

đẩy vào thiết bị ngưng tụ.
Môi

chất lạnh trong máy

lạnh nén hơi có biến đổi pha (bay

hơi ở thiết bị bay hơi và ngưng tụ
ở thiết bị ngưng tụ) trong chu
trình máy lạnh.
Hình 1.7 giới thiệu sơ đồ
thiết bị của máy lạnh nén hơi.

gồm

Máy

lạnh

nén

hơi

bao

4 bộ phận chính là máy

nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết
lưu và thiết bị bay hơi. Chúng

được nối với nhau bằng đường

ốngTY theo thứ tự s. như „ biểu diễn”

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh nén hơi

MN - may nén; NT — thiét bị ngưng tụ: TL ~ van tiết lưu

trên hình 1.7. Mơi chất lạnh tuần

bình NT được làm mát bằng nước và thải lượng nhiệt Q,,

thống lạnh. Các quá trình cơ bản

"cặc gián Hếp qua nước muối

hồn

và

biến

đổi

pha

trong

hệ

bình BH thu lượng lạnh Q„ của mơi trường trực tiếp

bao gồm:

1-2: Q trình nén đoạn nhiệt hơi hút;
2-3: Quá trình ngưng tụ hơi nén ở áp suất cao và nhiệt độ cao;

3-4: Quá trình tiết lưu lỏng đẳng entanpy;

4-1: Quá trình bay hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp tạo hiệu ứng lạnh.
18


Các loại môi chất thường là amoniắc và các loại freôn. Tùy theo môi chất sử
dụng trong máy mà hệ thống có đặc điểm riêng và cần một số thiết bị phụ riêng.
Ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế.

1.4.2. Máy lạnh hấp thụ
Máy lạnh hấp thụ là máy lạnh sử

dụng năng lượng dạng nhiệt để hoạt

động. Máy lạnh hấp thụ có các bộ phận
ngưng tụ, tiết lưu và bay hơi giống máy
lạnh nén hơi. Riêng máy nén cơ được
thay bảng một hệ thống bình hấp thụ,
bơm dung dịch, bình sinh hơi và tiết lưu
dung dịch. Hệ thống thiết bị này chạy
bằng nhiệt năng (như hơi nước, bộ đốt
nóng) thực hiện chức năng như máy nén
cơ là “hút” hơi sinh ra từ bình bay hơi và

nén lên áp suất cao đẩy vào bình ngưng

tụ nên được gọi là máy nén nhiệt.
Hình

I.8 mơ

tả ngun

lý

cấu

Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý máy hấp thụ

SH ~ bình sinh hơi: HT ~ bình hấp thụ;

BDD ~ bơm dung dịch; TLDD ~ tiết lưu

dung dịch; các kí hiệu khác giống hình 14. Bình

do của máy lạnh hp thy. Cathet bj RPS min
ae a

ngưng tụ, tiết lưu, bay hơi va các quá
hơi nước và tiêu thụ một lượng nhiệt Q„ _
trình 2-3, 3-4, 4-I giống như máy lạnh
nén hơi. Riêng máy nén nhiệt có các thiết bị bình hấp thụ, bơm dung dịch, bình
sinh hơi và van tiết lưu dung dịch bố trí như trên hình 1.8. Ngồi mơi chất lạnh,
trong hệ thống cịn có dung dịch hấp thụ làm nhiệm vụ đưa mơi chất lạnh từ vị trí I
đến vị trí 2. Dung dịch sử dụng thường là amoniắc/nước và nước/liti-bromua.
Hoạt động: Dung dịch lỗng trong bình hấp thụ có khả năng hấp thụ hơi mơi
chất sinh ra ở bình bay hơi để trở thành dung dịch đậm đặc. Khi dung dịch trở
thành đậm đặc sẽ được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi. Ở đây dung dịch

được gia nhiệt đến nhiệt độ cao (đối với dung dịch amoniác/nước khoảng 130°C)
và hơi amoniắc sẽ thoát ra khỏi dung dịch đi vào bình ngưng tụ. Do amoniắc thốt
ra, dung dịch trở thành dung dịch loãng, đi qua van tiết lưu dung dịch về bình hấp
thụ tiếp tục chu kỳ mới. Ở đây, do vậy có hai vịng tuần hồn rõ rệt.
- Vịng tuần hồn dung dịch: HT - BDD - SH - TLDD và trở lại HT,

19


- Vịng tuần hồn mơi chất lạnh I- HT - BDD - SH - 2-3-4-1.
Trong thực tế và đối với từng loại cặp môi chất: amoniac/nước hoặc nước/lit¡bromua cũng như với yêu cầu hồi nhiệt đặc biệt máy có cấu tạo khác nhau [ I].
Ứng dụng: Ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp có nhiệt thải dạng hơi hoặc
nước nóng.
1.4.3. Máy lạnh nén khí
Máy lạnh nén khí là loại máy lạnh có máy nén cơ nhưng mơi chất dùng trong

chu kỳ không thay đổi trạng thái, luôn ở thể khí. Máy lạnh nén khí có thể có hoặc
khơng có máy dẫn hở.

Hình 1.9 mơ tả sơ đồ ngun lý của máy
lạnh nén khí có máy dãn nở. Các thiết bị chính

gồm: máy nén khí, bình làm mát trung gian, máy

dan no va buồng lạnh. Mơi chất thường là khơng
khí và chu trình là chu trình hở.
;
,
Hoạt động: Máy nén và máy dãn nở
thường là kiểu turbin, lắp trên một trục. Máy nén
hút khí từ buồng lạnh I nén lên áp suất cao và
nhiệt độ cao ở trạng thái 2 sau đó đưa vào làm

mát ở bình làm mát nhờ thải nhiệt cho nước làm

Im

3

44,

†

Binh lam mat

+
2“

phe

2

may nen

DY ⁄,
.~
Su0ng /arh
|
[ $
1Ì;
)

Hình 1.9. Sơ đồ ngun lý
máy lạnh nén khí

mát. Sau khi đã làm mát, khí nén được đưa vào
máy dãn nở và được dãn nở xuống áp suất thấp và nhiệt độ thấp rồi được phun vào
buồng lạnh. Quá trình dãn nở trong máy dãn nở có sinh ngoại cơng có ích. Sau khi
thu nhiệt của mơi trường cần làm lạnh, khí lại được hút về máy nén khép kín chu
trình lạnh.
| Ung dung: Máy lạnh nén khí được sử dụng hạn chế trong một số cơng trình
điều hịa khơng khí, nhưng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật lạnh sâu cryo

dùng để hóa lỏng khí.

1.4.4. Máy lạnh ejectơ
Máy lạnh cjectơ là máy lạnh mà quá trình nén hơi môi chất lạnh từ áp suất
thấp lên áp suất cao được thực hiện nhờ ejectơ. Giống như máy lạnh hấp thụ, máy

nén kiểu ejectơ cũng là kiểu “máy nén nhiệt“, sử dụng động năng của dịng hơi để
nén dịng mơi chất lạnh. Hình 1.10 mơ tả cấu tạo máy lạnh ejectơ hơi nước.
20


và nhiệt độ cao sinh ra ở lò hơi được
dẫn vào ejectơ. Trong ống phun, thế
năng của hơi biến thành động năng và

_}

Hoạt động: Hơi có áp suất cao

tốc độ chuyển động của hơi tăng lên
cuốn theo hơi lạnh sinh ra ở bình bay

hơi. Hỗn hợp của hơi cơng tác (hơi

nóng) và hơi lạnh đi vào ống tăng áp,

ở đây áp suất hỗn hợp tăng lên do tốc
độ hơi giảm xuống. Hỗn hợp hơi được

đẩy vào bình ngưng tụ. Từ bình ngưng

Hình 1.10. Nguyên lý cấu tạo

của máy lạnh ejectơ hơi nước

tụ, nước ngưng được chia làm 2
đường, phân lớn được bơm nén về lò hơi còn một phần nhỏ được tiết lưu trở lại
bình bay hơi để bay hơi làm lạnh chất tải lạnh là nước.
Máy lạnh ejectơ có 3 cấp áp suất p, >p, >p, là áp suất hơi công tác, áp
suất ngưng tụ và áp suất bay hơi.
Ứng dụng: Thường được sử dụng để điều hịa khơng khí đặc biệt tại các

xí nghiệp có nguồn hơi thừa, nhiệt thải có thể tận dụng được.

Câu hỏi ơn tập
1. Nêu ý nghĩa của kỹ thuật lạnh trong bảo quản thực phẩm.
2. Có bao nhiêu phương pháp làm lạnh nhân tạo?
3. Hãy nêu nguyên tắc cấu tạo và làm việc của quạt hơi nước?

4. Hãy nêu thí dụ về phương pháp hòa trộn lạnh.
5. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của máy lạnh nén khí như thế nào?
6. Dãn nở có sinh ngoại cơng là gì?
7. Hiệu ứng tiết lưu là gì?
8. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của ống xốy là gì?
9, Hiệu ứng nhiệt diện Peltier là gì?
10. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của máy lạnh nén hơi như thế nào?
11. Nêu nguyên tắc cấu tạo và làm việc của máy lạnh hấp thụ?
12. Nêu nguyên tắc cấu tạo và làm việc của máy lạnh ejectơ.
13. Máy lạnh nén hơi, hấp thu va ejecto có làm việc theo cùng phương pháp bay hơi chất lóng khơng?
Vì sao?

21

Chương2

MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH
2.1. MÔI CHẤT LẠNH

Định nghĩa: Mơi chất lạnh (cịn gọi là tác nhân lạnh, ga lạnh) là chất mơi giới
sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thu nhiệt của môi trường cần
làm lạnh có nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra mơi trường có nhiệt độ cao hơn.
Ở máy lạnh nén hơi, q trình hấp thu nhiệt ở mơi trường lạnh được thực
hiện nhờ q trình bay hơi của mơi chất ở nhiệt độ thấp, áp suất thấp và quá
trình thải nhiệt ở mơi trường có nhiệt độ cao nhờ q trình ngưng tụ của mơi
chất ở nhiệt độ cao, áp suất cao.

2.1.1. Yêu cầu đối với môi chất lạnh
Do những đặc điểm của chu trình lạnh,
hành mơi chất lạnh cần có các tính chất sau:
a) Hóa học
- Phải bền vững trong phạm vi áp suất
phân hủy, không được polyme hóa,
- Phải trơ, khơng ăn mịn các vật liệu
dầu bơi trơn, ơxy trong khơng khí, hơi ẩm và
b) Tính an toàn cháy nổ

hệ thống thiết bị và điều kiện vận

và nhiệt độ làm việc, không được
chế tạo máy, không phản ứng với
tạp chất có trong máy lạnh:

- Phải an tồn, khơng dễ cháy dễ nổ.
c) Tính chất vật lý

- Áp suất ngưng tụ không được quá cao để giảm nguy cơ rò rỉ, giảm chiều

dầy thiết bị...
- Nhiệt độ cuối tầm nén phải thấp để khỏi cháy dầu, tăng tuổi thọ máy nén;

- Ap suất bay hơi không quá thấp để tránh rị lọt khơng khí vào phía hạ áp:
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều;

- Nang suất lạnh riêng thể tích càng lớn, máy càng gọn nhẹ;
22


- Độ nhớt càng nhỏ, tổn thất áp suất trên đường ông càng nhỏ, van và đường

ống càng gọn;

- Hệ số dẫn nhiệt càng lớn càng tốt để thiết bị trao đổi nhiệt càng nhỏ gọn.

- Mơi chất càng hồ tan dầu càng nhiều càng dẻ bôi trơn.
- Môi chất hòa tan nước càng nhiều càng đỡ tắc ẩm van tiết lưu;
- Khơng dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín;
d) Tính chất nhiệt động: Phải có hiệu suất năng lượng cao trong chu
trình lạnh.

e) Tính chất sinh lý
- Khơng được độc hại đối với người và cơ thể sống;

- Không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản;

- Cần có mùi đặc biệt để dễ phát hiện rò rỉ. Nếu khơng mùi có thể pha

thêm chất có mùi nếu chất đó khơng ảnh hưởng đến chu trình lạnh.

f) Tính kinh tế
- Cần rẻ tiền, đễ kiếm;

- Sản xuất, vận chuyển bảo quan dé dang.
g) Môi trường
- Không được phá hủy môi sinh và môi trường: không được phá hủy tầng

ozôn và gây hiệu ứng lồng kính làm trái đất nóng lên.

Nói chung, trong thực tế khơng có mơi chất lạnh lý tưởng đáp ứng tất cả
các yêu cầu trên. Do đó, khi chọn mơi chất lạnh cần chọn mơi chất phát huy

được các ưu điểm và hạn chế được các nhược điểm trong từng ứng dụng cụ thể.

2.1.2. Ký hiệu môi chất lạnh
a) Cac freon
Các freôn là
được thay thế một
freôn thường dùng
chất frêôn được ký
R

1

2

các cacbua hyđrô no hoặc chưa no mà các ngun tử hyđrơ
phần hoặc tồn bộ bằng các nguyên tử clo, flo hay brôm. Các
nhất là freôn 12, 22, 502 trong đó 12 va 502 đã bị cấm. Mơi
hiệu như sau, thí du R113 (C,C1,F,).

3
|

Số lượng
Số lượng
Số lượng
Chữ đầu

nguyên tu flo
nguyên tử hyđrô +]
nguyên tử cácbon -l (nếu = 0 thì khơng viết)
của Refrigerant (mơi chất lạnh)

- Số lượng nguyên tử clo có thể xác định dễ dàng nhờ số hóa trị cịn lại
23


của các nguyên tử cácbon, thi du R113 c6 3 flo 0 hydro va 2 cacbon 1a dan xuat
cua C,H, vay cong thitc hóa học của RI13 là C.CI;F:.
- Các dẫn xuất từ mêtan CHỊ có chữ số đầu tiên = 0 nên khơng viết. Đó là

trường hợp của R11, R12, R13, R14.

- Các chất đồng phân (izome) có thêm chữ a, b dé phân biệt: R134a:

CH,F- CF; và R134b: CHF, - CHF,.

- Quy tắc ký hiệu mở rộng đến propan C,H,, tiép theo butan 14 R600.
- Các olefin có số I trước 3 chữ số: C,F, kí hiệu R1216.
- Các hợp chất có cấu trúc vịng có thêm chữ C: C,H; kí hiệu RC318.

- Các hỗn hợp khơng đồng sôi xếp thứ tự từ R400, R401...
- Các hỗn hợp đồng sơi xếp thứ tự từ R500, R501, R502...
Hình 2.1 giới thiệu các frn dẫn xuất từ mêtan CHỊ.

Hình 2.1. Các frn dẫn xuất từ mêtan

Dịng trên: ký hiệu mơi chất lạnh; Dịng giữa: Cơng thức hóa học.

Dịng dưới: Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển, °C

Thi dụ 2.1: Moi chất có cơng thức hóa học CCI,F;, hãy tìm kí hiệu của nó.
- Số thứ nhất: 1 - 1 =0
- S6 thir hai: 0+ 1 =1
- S6 thit ba: 2 = 2
Vậy ký hiệu là: R12.
Thí dụ 2.2: Hãy tìm ký hiệu mơi chất CHCIF;:
- Số thứ nhất: 1 — 1 =0
- Số thứ hai: l + ] =2
- Số thứ ba: 2 = 2
- Vậy ký hiệu là: R22.
24

Thí
- Số
- Số
- Số
Vậy

dụ 2.3: Mơi chất có ký hiệu RI 14, hãy tìm cơng thức hóa học.
ngun tử cácbon: C - 1 = | vay C=2
nguyên tử flo: F = 4
ngun tử clo: 6 - 4= 2
cơng thức hóa học là: C,CLF,

b) Các chất vô cơ
Các chất vô cơ có chữ R và sau đó là chữ số, chữ số thứ nhất là 7 còn 2
chữ số sau là phân tử lượng làm trịn thí dụ amoniắc: R717; nước: R718;
cacbonic CO,: R744.
Bang 2.1 gidi thiéu mét s6 méi chat lanh thudng ding.
Cho đến nay, hàng trăm môi chất đã được nghiên cứu, ứng dụng, nhưng
chỉ có rất ít mơi chất lạnh được sử dụng rộng rãi. Vừa qua một loạt môi chất
freén bi cém do tac dụng phá hủy tầng ơzơn và gây hiệu ứng lồng kính làm trái

đất nóng lên. Điều đó đã gây ra rất nhiều khó khăn cho ngành lạnh. Hiện nay

chỉ cịn có rất ít môi chất được coi là môi chất lạnh hiện đại, đó là NH,, CO,,
R22, R134a, R404A, R407C, R410A, RSO7...
Bang 2.1. Một số mơi chat lạnh thường dùng
SO]
TT

pepe
Kí hiệu

I

|R7I7

2

|R718

a
Tên gọi
|Amoniac
| nude

3

|R744 | Cacbonic

4

|RII

5

|RI2

triclomonoflometan
|diclodiflometan

6

|RI3

monoclotriflometan

7

|R22

monoclodiflometan

8

|R23

|triflometan

9

|RII3

|triflometan

10|RI23

{diclodifloetan

Cơng thức Phân tử

Nhiệt độ
hóa học
lượng } sơi Ở áp suất
“|
kg/kmol | khi quyén °C
NH;

17

-33.4

HO

18

100

Ghi chi

a

Các chất vô cơ

co,

44

-78,5

CCI,F

137.4

23,8

Đã bị cấm

CCLF,

120,9

-29,8

Đã bị cấm

CCIF,

104,5

-81,4

Da bị cấm

86,5

-40,8

Được lưu hành đến 2040

CHCIF, |

CHF,
C,CI,F, |
C,HCLF,|

70,0

-82,1

Thay thé R13

187,4

47,7

Đã bị cấm

153

28,7

dén nam 2040
Thay cho R12, R22

C,H;F,

102

-26,5

Thay cho R12, R22

12 | R404A | R125/143a/134a (44/5214%)

11

}R134a | tetrafloetan

-

97,6

- 46,4

Thay thé cho R502

13 | R407C | R32/125/134a (23/25/52%)

-

86.2

- 43.8

Thay thé cho R22

14

|R32/125(50/50%)

-

72,58

- 51,6

Thay thé cho R22

15|R500

|R410A

|RI12/152a (73,8/26,2%)

-

99.3

-33,6

Đã bị cấm

16|R502

|R22/RI15 (48.8/51,2%)

:

111,63

- 45,4

Đã bị cấm

I7|R507

|RI25/143a (50/50%)

-

89,86

- 47,1

Thay thé cho R502

25